Ni præcisionsstøbningsprocesser af zirconia keramik

Ni præcisionsstøbningsprocesser af zirconia keramik
Støbeprocessen spiller en bindende rolle i hele fremstillingsprocessen af ​​keramiske materialer og er nøglen til at sikre ydeevnepålidelighed og produktionsgentagelighed af keramiske materialer og komponenter.
Med samfundsudviklingen kan den traditionelle håndæltemetode, hjulformningsmetode, fugemetode osv. af traditionel keramik ikke længere opfylde det moderne samfunds behov for produktion og forfining, så en ny støbeproces blev født.ZrO2 fine keramiske materialer er meget udbredt i følgende 9 typer støbeprocesser (2 typer tørre metoder og 7 typer våde metoder):

1. Tørstøbning

1.1 Tørpresning

Tørpresning bruger tryk til at presse keramisk pulver ind i en bestemt form af kroppen.Dens essens er, at pulverpartiklerne under påvirkning af ekstern kraft nærmer sig hinanden i formen og er fast kombineret af intern friktion for at opretholde en bestemt form.Hovedfejlen i tørpressede grønne kroppe er spallation, som skyldes den indre friktion mellem pulverne og friktionen mellem pulverne og formvæggen, hvilket resulterer i tryktab inde i kroppen.

Fordelene ved tørpresning er, at størrelsen af ​​den grønne krop er nøjagtig, operationen er enkel, og det er praktisk at realisere mekaniseret drift;indholdet af fugt og bindemiddel i den grønne tørpresning er mindre, og tørrings- og brændesvindet er lille.Det bruges hovedsageligt til at danne produkter med enkle former, og størrelsesforholdet er lille.De øgede produktionsomkostninger forårsaget af formslid er ulempen ved tørpresning.

1.2 Isostatisk presning

Isostatisk presning er en speciel formningsmetode udviklet på basis af traditionel tørpresning.Den bruger væsketransmissionstryk til at påføre tryk jævnt på pulveret inde i den elastiske form fra alle retninger.På grund af konsistensen af ​​væskens indre tryk bærer pulveret det samme tryk i alle retninger, så forskellen i densiteten af ​​det grønne legeme kan undgås.

Isostatisk presning er opdelt i vådpose isostatisk presning og tørpose isostatisk presning.Vådpose isostatisk presning kan danne produkter med komplekse former, men det kan kun fungere intermitterende.Tørpose isostatisk presning kan realisere automatisk kontinuerlig drift, men kan kun danne produkter med enkle former såsom firkantede, runde og rørformede tværsnit.Isostatisk presning kan opnå et ensartet og tæt grønt legeme med lille fyringssvind og ensartet krympning i alle retninger, men udstyret er komplekst og dyrt, og produktionseffektiviteten er ikke høj, og den er kun egnet til produktion af materialer med specielle krav.

2. Vådformning

2.1 Fugning
Fugestøbningsprocessen ligner tapestøbning, forskellen er, at støbeprocessen inkluderer fysisk dehydreringsproces og kemisk koaguleringsproces.Fysisk dehydrering fjerner vandet i gyllen gennem kapillærvirkningen af ​​den porøse gipsform.Ca2+ genereret ved opløsning af overflade CaSO4 øger ionstyrken af ​​gyllen, hvilket resulterer i flokkulering af gyllen.
Under påvirkning af fysisk dehydrering og kemisk koagulering aflejres de keramiske pulverpartikler på gipsformvæggen.Fugning er velegnet til fremstilling af store keramiske dele med komplekse former, men kvaliteten af ​​den grønne krop, herunder form, tæthed, styrke osv., er dårlig, arbejdsintensiteten for arbejdere er høj, og den er ikke egnet til automatiserede operationer.

2.2 Varm trykstøbning
Varm trykstøbning er at blande keramisk pulver med bindemiddel (paraffin) ved en relativt høj temperatur (60 ~ 100 ℃) for at opnå opslæmning til varm trykstøbning.Gyllen sprøjtes ind i metalformen under påvirkning af trykluft, og trykket opretholdes.Afkøling, afformning for at opnå et voksemne, voksemnet afvokses under beskyttelse af et inert pulver for at opnå en grøn krop, og den grønne krop sintres ved høj temperatur for at blive til porcelæn.

Den grønne krop, der er dannet ved varmstøbning, har præcise dimensioner, ensartet indre struktur, mindre formslid og høj produktionseffektivitet og er velegnet til forskellige råmaterialer.Temperaturen på voksopslæmningen og formen skal kontrolleres strengt, ellers vil den forårsage under injektion eller deformation, så den er ikke egnet til fremstilling af store dele, og to-trins brændingsprocessen er kompliceret, og energiforbruget er højt.

2.3 Tapestøbning
Tapestøbning er at blande keramisk pulver fuldstændigt med en stor mængde organiske bindemidler, blødgøringsmidler, dispergeringsmidler osv. for at opnå en flydende viskøs opslæmning, tilføje opslæmningen til støbemaskinens tragt og bruge en skraber til at kontrollere tykkelsen.Det strømmer ud til transportbåndet gennem fødedysen, og filmemnet opnås efter tørring.

Denne proces er velegnet til fremstilling af filmmaterialer.For at opnå en bedre fleksibilitet tilføres en stor mængde organisk stof, og procesparametrene kræves nøje kontrolleret, ellers vil det let give defekter som afskalning, striber, lav filmstyrke eller vanskelig afskalning.Det anvendte organiske stof er giftigt og vil forårsage miljøforurening, og et ugiftigt eller mindre giftigt system bør så vidt muligt anvendes for at reducere miljøforurening.

2.4 Gel sprøjtestøbning
Gel-sprøjtestøbningsteknologi er en ny kolloid hurtig prototypeproces, der først blev opfundet af forskere ved Oak Ridge National Laboratory i begyndelsen af ​​1990'erne.Kernen er brugen af ​​organiske monomeropløsninger, der polymeriserer til højstyrke, lateralt forbundne polymer-opløsningsmiddelgeler.

En opslæmning af keramisk pulver opløst i en opløsning af organiske monomerer støbes i en form, og monomerblandingen polymeriseres til en geleret del.Da det lateralt forbundne polymeropløsningsmiddel kun indeholder 10%-20% (massefraktion) polymer, er det let at fjerne opløsningsmidlet fra geldelen ved et tørretrin.Samtidig kan polymererne på grund af polymerernes sideforbindelse ikke migrere med opløsningsmidlet under tørringsprocessen.

Denne metode kan bruges til at fremstille enfasede og sammensatte keramiske dele, som kan danne kompleksformede, kvasi-net-størrelse keramiske dele, og dens grønne styrke er så høj som 20-30Mpa eller mere, som kan genbehandles.Hovedproblemet ved denne metode er, at svindhastigheden af ​​embryolegemet er relativt høj under fortætningsprocessen, hvilket let fører til deformation af embryolegemet;nogle organiske monomerer har ilthæmning, hvilket får overfladen til at skalle og falde af;på grund af den temperatur-inducerede organiske monomer polymerisationsproces, forårsager Temperatur barbering fører til eksistensen af ​​intern stress, som får emnerne til at brydes og så videre.

2.5 Direkte størkning sprøjtestøbning
Direkte størkning sprøjtestøbning er en støbeteknologi udviklet af ETH Zurich: opløsningsmiddelvand, keramisk pulver og organiske tilsætningsstoffer blandes fuldt ud for at danne elektrostatisk stabil, lavviskositet, højt faststofindhold gylle, som kan ændres ved at tilføje slurry pH eller kemikalier som øger elektrolytkoncentrationen, derefter sprøjtes gyllen ind i en ikke-porøs form.

Styr forløbet af kemiske reaktioner under processen.Reaktionen før sprøjtestøbning udføres langsomt, opslæmningens viskositet holdes lav, og reaktionen accelereres efter sprøjtestøbning, opslæmningen størkner, og den flydende opslæmning omdannes til et fast legeme.Den opnåede grønne krop har gode mekaniske egenskaber og styrken kan nå 5kPa.Den grønne krop afformes, tørres og sintres for at danne en keramisk del af den ønskede form.

Dens fordele er, at den ikke behøver eller kun har brug for en lille mængde organiske tilsætningsstoffer (mindre end 1%), den grønne krop behøver ikke at være affedtende, den grønne kropsdensitet er ensartet, den relative densitet er høj (55%~ 70%), og det kan danne store og komplekse keramiske dele.Dens ulempe er, at tilsætningsstofferne er dyre, og der frigives generelt gas under reaktionen.

2.6 Sprøjtestøbning
Sprøjtestøbning har længe været brugt til støbning af plastprodukter og støbning af metalforme.Denne proces anvender lavtemperaturhærdning af termoplastiske organiske stoffer eller højtemperaturhærdning af termohærdende organiske stoffer.Pulveret og den organiske bærer blandes i et specielt blandeudstyr og sprøjtes derefter ind i formen under højt tryk (ti til hundredvis af MPa).På grund af det store støbetryk har de opnåede emner præcise dimensioner, høj glathed og kompakt struktur;brugen af ​​specielt støbeudstyr forbedrer produktionseffektiviteten betydeligt.

I slutningen af ​​1970'erne og begyndelsen af ​​1980'erne blev sprøjtestøbningsprocessen anvendt til støbning af keramiske dele.Denne proces realiserer plaststøbning af golde materialer ved at tilføje en stor mængde organisk materiale, som er en almindelig keramisk plaststøbeproces.Inden for sprøjtestøbningsteknologi er det, ud over at bruge termoplastiske organiske stoffer (såsom polyethylen, polystyren), termohærdende organiske stoffer (såsom epoxyharpiks, phenolharpiks) eller vandopløselige polymerer som hovedbindemiddel, nødvendigt at tilføje visse procesmængder hjælpemidler såsom blødgøringsmidler, smøremidler og koblingsmidler til at forbedre flydendeheden af ​​den keramiske injektionssuspension og sikre kvaliteten af ​​den sprøjtestøbte krop.

Sprøjtestøbningsprocessen har fordelene ved høj grad af automatisering og præcis størrelse af støbeemnet.Imidlertid er det organiske indhold i den grønne krop af sprøjtestøbte keramiske dele så højt som 50 vol%.Det tager lang tid, endda flere dage til snesevis af dage, at fjerne disse organiske stoffer i den efterfølgende sintringsproces, og det er let at forårsage kvalitetsfejl.

2.7 Kolloid sprøjtestøbning
For at løse problemerne med den store mængde tilsat organisk materiale og vanskeligheden med at eliminere vanskelighederne i den traditionelle sprøjtestøbningsproces, foreslog Tsinghua University kreativt en ny proces til kolloid sprøjtestøbning af keramik og udviklede selvstændigt en kolloid sprøjtestøbningsprototype at realisere injektionen af ​​gold keramisk gylle.dannelse.

Den grundlæggende idé er at kombinere kolloid støbning med sprøjtestøbning ved hjælp af proprietært sprøjteudstyr og ny hærdningsteknologi leveret af den kolloide in-situ størkningsstøbningsproces.Denne nye proces bruger mindre end 4 vægt% organisk stof.En lille mængde organiske monomerer eller organiske forbindelser i den vandbaserede suspension bruges til hurtigt at inducere polymerisationen af ​​organiske monomerer efter injektion i formen til dannelse af et organisk netværksskelet, som jævnt indpakker det keramiske pulver.Blandt dem forkortes ikke kun afgummingstiden kraftigt, men også muligheden for revnedannelse af degumming er stærkt reduceret.

Der er stor forskel på sprøjtestøbning af keramik og kolloid støbning.Den største forskel er, at førstnævnte tilhører kategorien plaststøbning, og sidstnævnte tilhører gyllestøbning, det vil sige, at gyllen ikke har nogen plasticitet og er et ufrugtbart materiale.Fordi gyllen ikke har nogen plasticitet i kolloid støbning, kan den traditionelle idé om keramisk sprøjtestøbning ikke vedtages.Hvis kolloid støbning kombineres med sprøjtestøbning, realiseres kolloid sprøjtestøbning af keramiske materialer ved at bruge proprietært sprøjteudstyr og ny hærdningsteknologi leveret af kolloid in-situ støbeproces.

Den nye proces med kolloid sprøjtestøbning af keramik er forskellig fra generel kolloid støbning og traditionel sprøjtestøbning.Fordelen ved en høj grad af støbeautomatisering er en kvalitativ sublimering af den kolloide støbeproces, som vil blive håbet for industrialiseringen af ​​højteknologisk keramik.